KR101553727B1 - Stirred-tank reactor and method for carrying out a polymerisation reaction using said type of stirred-tank reactor - Google Patents

Stirred-tank reactor and method for carrying out a polymerisation reaction using said type of stirred-tank reactor Download PDF

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Abstract

본 발명은 교반형 탱크 반응기 및 교반형 탱크 반응기를 사용하여 불포화 단량체의 중합 반응을 수행하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 상기 교반형 탱크 반응기는 생성물 방출 지점이, 교반기 샤프트가 적어도 부분적으로 가로지르는 중앙 기저부 출구로서 설계된 것을 특징으로 한다. 상기 중합은 교반형 탱크 반응기가 유체역학적으로 운전되도록 정압(positive pressure)하에 연속적으로 실행된다.The present invention relates to a method for carrying out a polymerization reaction of unsaturated monomers using a stirred tank reactor and an agitated tank reactor. According to the invention, the stirred tank reactor is characterized in that the product discharge point is designed as a central base outlet, at least partly traversed by the stirrer shaft. The polymerization is carried out continuously under positive pressure such that the stirred tank reactor is operated hydrodynamically.

Description

교반형 탱크 반응기 및 상기 유형의 교반형 탱크 반응기를 사용하여 중합 반응을 수행하는 방법 {STIRRED-TANK REACTOR AND METHOD FOR CARRYING OUT A POLYMERISATION REACTION USING SAID TYPE OF STIRRED-TANK REACTOR}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for performing a polymerization reaction using an agitating tank reactor and an agitating tank reactor of the above type,

본 발명은 바람직하게는 자동 온도 조절 가능한 반응기 재킷(jacket), 하나 이상의 구동 교반기 샤프트 및 상기 교반기 샤프트에 비회전적으로 연결된 교반 및/또는 전단 요소를 포함하며, 바람직하게는 사용 위치의 상부에 있는 하나 이상의 출발 물질 공급부 및 바람직하게는 사용 위치의 하부에 있는 하나 이상의 생성물 방출부를 포함하는, 특히 불포화 단량체로부터 중합체를 제조하기 위한, 연속 운전식 교반형 탱크 반응기에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 기재된 유형의 교반형 탱크 반응기를 사용하여 불포화 단량체로부터 중합 반응을 수행하는 방법에 관한 것이다.The present invention preferably includes a thermostatable reactor jacket, at least one drive agitator shaft, and a stirring and / or shearing element that is non-rotatably connected to the stirrer shaft, preferably at least one The present invention relates to a continuously operated stirred tank reactor for producing a polymer from an unsaturated monomer, in particular comprising at least one starting material feeder and preferably at least one product outlet at the bottom of the location of use. The present invention also relates to a process for carrying out the polymerization reaction from unsaturated monomers using a stirred tank reactor of the type described above.

고점성 반응 매질 중에서 신속한 반응 속도로 중합 반응을 수행하기 위한 상기 언급한 유형의 교반형 탱크 반응기는 예를 들어 DD 294 426 A5호에 개시되어 있다. 상기 특허에 개시된 교반형 탱크 반응기는 자동 온도 조절 가능한 반응기 재킷 및 반응기 내에 중심 대칭적으로 배열된 로터를 가진다. 상기 로터는 로터 샤프트, 통로를 가지는 요크(yoke), 및 상부 및 하부에서 개방되고 반응기 하부에서 반응기 덮개까지 로터 샤프트의 축 방향으로 연장하는 교반기 실린더를 포함한다. 교반기 실린더와 반응기 재킷 사이의 환상 공간 및 교반기 실린더와 삽입된 튜브 사이의 환상 공간이 나선형 교반기에 제공된다. 교반기 실린더는 통로를 가지는 요크를 가진다. 혼합 요소는 요크 위와 아래의 통로 사이에 배열된다. 반응 물질의 혼합 및 균일화 및 열 제거는 교반기 실린더의 요크 위의 통로 또는 혼합 요소의 특별한 배열에 의해 개선되는 것으로 언급된다.An agitated tank reactor of the type mentioned above for carrying out the polymerization reaction at a rapid reaction rate in a high-viscosity reaction medium is disclosed, for example, in DD 294 426 A5. The stirred tank reactor disclosed in the patent has a thermostatable reactor jacket and a rotor centered symmetrically in the reactor. The rotor includes a rotor shaft, a yoke having a passageway, and an agitator cylinder that is open at the top and bottom and extends axially of the rotor shaft from the bottom of the reactor to the reactor lid. An annular space between the stirrer cylinder and the reactor jacket and an annular space between the stirrer cylinder and the inserted tube are provided in the spiral stirrer. The stirrer cylinder has a yoke with a passage. The mixing element is arranged between the passages above and below the yoke. Mixing and homogenization of reactants and heat removal are referred to as being improved by a particular arrangement of mixing elements or passages on the yoke of the stirrer cylinder.

특히, 생성물 스트림의 운반은 나선형 교반기로서의 혼합 요소의 형성에 의해 달성된다.In particular, the transport of the product stream is achieved by the formation of a mixing element as a spiral stirrer.

DD 294 426 A5호에 따른 교반형 탱크 반응기는 반응기가 완전히 충전되었을때만 운전될 수 있도록 설계되었다. 상기 혼합 요소는 반응기 덮개 상의 침적물을 피하도록 배열되어야 한다. 또한, 혼합 요소는 생성물 스트림의 효과적인 수송이 달성될 수 있도록 설계되어야 한다.The stirred tank reactor according to DD 294 426 A5 is designed to operate only when the reactor is fully charged. The mixing element should be arranged to avoid deposits on the reactor lid. In addition, the mixing element should be designed such that effective transport of the product stream can be achieved.

특히, 연속 운전식 반응기의 경우에 부분적인 충전은 기체 충전된 상부 용기 영역에서 중합체 침적물이 발생할 수 있다는 단점이 있다. 부분적으로 충전된 연속 운전식 반응기의 경우에, 전형적으로 방출 펌프가 요구되는데, 이는 특히 점성 액체 수천 kg/h의 대용량 처리량에서, 크기 때문에 매우 고비용을 발생시킨다. 반응기의 시동 및 정지 동안에는, 정상(stationary) 운전에 비해 매우 다양한 점성을 가지는 반응기 내용물이 보통 방출되어야 한다. 방출 펌프는 윤활의 결핍으로 인해, 특히 낮은 점도에서 매우 신속하게 차단될 수 있다.Particularly, in the case of a continuously operated reactor, partial charging has the disadvantage that polymer deposits may occur in the gas-filled upper vessel region. In the case of partially charged continuous-running reactors, a discharge pump is typically required, which is very expensive, especially at high throughputs of several thousand kg / h of viscous liquid. During start-up and shut-down of the reactor, reactor contents having a very different viscosity compared to stationary operation should normally be released. The discharge pump can be shut off very quickly due to a lack of lubrication, especially at low viscosities.

공지된 연속 운전식 교반형 탱크 반응기는 종종 부분적으로 충전되었을 경우에만 운전된다. 교반형 탱크 반응기의 이러한 운전을 위해서는 수준 측정 장치가 요구된다. 이는 중합체 침적물의 형성으로 인한 결점에 비교적 민감하다.Known continuous-running stirred tank reactors are often operated only when partially charged. A leveling device is required for this operation of the stirred tank reactor. Which is relatively sensitive to drawbacks due to the formation of polymer deposits.

특허 DE 3 338 736 A1호에는 완전히 충전된 교반형 탱크 반응기가 사용되는 중합 공정이 기재되어 있다. 상단 반응기 벽에서의 케이크 형성(caking) 및 역 유동 단량체 응축물의 열악한 혼합 첨가가 그에 의해 방지되는 것은 사실이다. 그러나, 계량 첨가를 축방향 면 밀봉재(axial face seal) 바로 아래에서 실시하지 않기 때문에, 그곳에서 중합체의 축적이 발생할 수 있고 결국 교반기의 고장을 유발할 수 있다. 운전을 약간의 초대기압으로 실시하기 때문에, 값비싸고 유지비가 높은 기어 펌프가 또한 반응기의 하부에서 사용되며, 이는 낮은 점도에서 상당한 마모를 나타내고 고장날 수 있다. 또한, 교반기는 스텝 베어링(step bearing)을 구비하지 않아 샤프트가 보다 강하게 제작되어야 하고 교반기는 중합체의 축적으로 인한 불균형에 민감하다.The patent DE 3 338 736 A1 describes a polymerization process in which a fully charged stirred tank reactor is used. It is true that caking at the upper reactor wall and poor mixing of the backflow monomer condensate are prevented thereby. However, since the metering addition is not carried out directly beneath the axial face seal, there may be accumulation of polymer therein, which may eventually lead to failure of the agitator. Because the operation is carried out at a slight excess of pressure, expensive and maintenance-expensive gear pumps are also used at the bottom of the reactor, which can exhibit significant wear and failure at low viscosities. In addition, the stirrer does not have a step bearing so that the shaft must be made stronger and the stirrer is sensitive to the imbalance caused by the accumulation of the polymer.

특허 EP 1 122 265 B1호에는 출발 물질을 위한 다수의 입구를 가지는 중합 반응기가 기재되어 있다. 그러나, 공급물 중 어느 것도 축방향 면 밀봉재 영역의 수세(flushing)를 위해 사용되지 않으므로, 기재된 단점이 발생할 수 있다.Patent EP 1 122 265 B1 describes a polymerization reactor having a plurality of entrances for the starting material. However, none of the feedstocks are used for flushing the axial face sealant region, so the described drawbacks can occur.

특허 RU 2114869 C1호에는 완전히 충전된 교반형 탱크 반응기가 사용되는 연속 괴상 중합 공정이 기재되어 있다. 그러나, 상기 특허에서도 마찬가지로, 계량 첨가는 축방향 면 밀봉재 부근에서 실시되지 않고 스텝 베어링이 사용되지 않으며, 그 결과 상기 언급한 악영향이 마찬가지로 예상된다. 재순환된 냉각 중합체 용액이 개시제 혼합 없이 제2 계량 첨가 지점에서 반응기에 공급된다. 그 결과, 반응기 내 개시제 농도의 균일성이 그에 의해 실질적으로 개선되지 않는다.Patent RU 2114869 C1 describes a continuous bulk polymerization process in which a fully charged stirred tank reactor is used. However, in this patent, similarly, the metering addition is not carried out in the vicinity of the axial face seal material, and no step bearing is used, so that the aforementioned adverse effects are expected as well. The recycled cooling polymer solution is fed to the reactor at the second metering addition point without initiator mixing. As a result, the uniformity of the initiator concentration in the reactor is not substantially improved thereby.

따라서, 본 발명의 목적은 단순한 수단에 의해 완전히 충전되었을 때 연속 운전될 수 있는, 서문에 언급한 유형의 단순하게 설계된 교반형 탱크 반응기를 제공하는 것이다. 특히, 상기 반응기는 고점성 액체용 고가의 시럽 펌프 및 수준 조절을 생략하는 것이 가능하도록 단순하게 설계되어야 한다.It is therefore an object of the present invention to provide a simply designed stirred tank reactor of the type referred to in the preamble, which can be operated continuously when fully charged by simple means. In particular, the reactor should be designed so that it is possible to omit expensive syrup pumps and level controls for high viscosity liquids.

또한, 공급된 출발 물질은 반응기 내의 점성 반응 혼합물에 혼합되어 가능한 한 신속하게 균일하게 분포되어야 한다.In addition, the supplied starting materials must be mixed with the viscous reaction mixture in the reactor and distributed uniformly as quickly as possible.

본 발명에 따르면, 상기 목적은 특히 자동 온도 조절 가능한 반응기 재킷, 하나 이상의 구동 교반기 샤프트 및 상기 교반기 샤프트에 비회전적으로 연결된 교반 및/또는 전단 요소를 포함하며, 사용 위치의 상부에 있는 하나 이상의 출발 물질 공급부 및 사용 위치의 하부에 있는 하나 이상의 생성물 방출부를 포함하는, 특히 불포화 단량체로부터 중합체를 제조하기 위한, 연속 운전식 교반형 탱크 반응기에 의해 달성되며, 본 발명에 따른 교반형 탱크 반응기는 특히 생성물 방출부가, 교반기 샤프트가 적어도 부분적으로 통과하는 중앙 하부 유출부의 형태라는 점에서 구별된다.According to the invention, this object is achieved in particular by means of a device comprising a thermostatable reactor jacket, at least one drive stirrer shaft and stirring and / or shearing elements that are non-rotatively connected to the stirrer shaft, And one or more product discharge portions at the bottom of the use position, in particular for the production of polymers from unsaturated monomers, wherein the stirred tank reactor according to the invention is particularly suitable for the production of the product discharge , And a form of a central lower outlet through which the stirrer shaft at least partially passes.

상기 방식으로, 본 발명에 따른 교반형 탱크 반응기는 완전히 충전될 수 있고 초대기압하에서 운전될 수 있다. 반응기 내의 압력은 출발 물질의 수송 부재에 의해 인가되며, 이는 그의 수송 특성으로 인해 생성물이 반응기로부터 방출 파이프로 유동하는 것을 보장한다. 따라서, 생성물 혼합물용 방출 펌프를 생략할 수 있다.In this way, the stirred tank reactor according to the present invention can be fully charged and can be operated under superatmospheric pressure. The pressure in the reactor is applied by the transport member of the starting material, which ensures that the product flows from the reactor to the discharge pipe due to its transport properties. Therefore, the discharge pump for the product mixture can be omitted.

본 발명에 따른 교반형 탱크 반응기의 적절한 변형에서, 반응 공간에 공급되는 하나 이상의 출발 물질을 사용 위치의 상부에 있는 교반기 샤프트 입구 영역에 직접 공급하는 것이 생각된다. 예를 들어, 출발 물질 공급부는 상단 샤프트 패킹 바로 아래에 제공될 수 잇다.In a suitable modification of the stirred tank reactor according to the invention, it is conceivable to feed one or more starting materials supplied to the reaction space directly into the stirrer shaft inlet area at the top of the use position. For example, the starting material supply may be provided directly under the upper shaft packing.

유체역학적으로 충전된 반응기의 경우에, 이는 반응 생성물이 샤프트 밀봉재에 진입하는 것을 불가능하게 한다. 상단 샤프트 밀봉재의 아래 부분은 출발 물질 스트림으로 수세하여 연속 세척한다. 유체역학적으로 충전된 반응기는 기체상 없이 액체로 완전히 충전된 반응기를 의미하는 것으로 해석된다.In the case of a hydrodynamically charged reactor, this makes it impossible for reaction products to enter the shaft seal. The lower portion of the upper shaft seal is flushed with successive washings of the starting material stream. A hydrodynamically charged reactor is interpreted to mean a reactor fully charged with liquid without a gaseous phase.

바람직한 변형에서, 교반기 샤프트는 사용 위치의 하부에 있는 그의 단부에서 하부 출구 중 일부를 형성하는 것으로 생각된다.In a preferred variant, the stirrer shaft is considered to form part of the lower outlet at its end, which is at the bottom of the use position.

예를 들어, 교반기 샤프트는 하부 유출부를 통과하는 적어도 그의 단부에서, 반응 공간과 소통하는 공동(hollow) 샤프트로서 형성될 수 있다.For example, the stirrer shaft may be formed as a hollow shaft in communication with the reaction space, at least at its end through the lower outlet.

하부 유출부가 교반기 샤프트용 스텝 베어링의 형태인 경우가 특히 유리하다.It is particularly advantageous when the lower outlet portion is in the form of a step bearing for an agitator shaft.

추가 실시양태에서, 교반기 샤프트의 스텝 베어링은 또한 하부 유출부 위의 특정 높이에서 베어링 블록에 의해 배열될 수도 있다.In a further embodiment, the step bearing of the agitator shaft may also be arranged by a bearing block at a certain height above the lower outlet.

추가 스텝 베어링의 하기 기재된 장점이 유지된다.The following described advantages of the additional step bearing are maintained.

편리하게는 슬라이딩 베어링 형태인 스텝 베어링을 반응 혼합물에 의해 냉각시키고 윤활할 수 있다.Conveniently, the step bearing in the form of a sliding bearing can be cooled and lubricated by the reaction mixture.

본 발명에 따른 교반형 탱크 반응기의 적절한 개발에 의해, 스텝 베어링의 베어링 틈을 이를 통해 반응 혼합물이 유동할 수 있도록 하는 치수로 만드는 것을 보장하는 것이 가능하다.By appropriate development of the stirred tank reactor according to the present invention it is possible to ensure that the bearing clearance of the step bearing is made into a dimension through which the reaction mixture can flow.

하부 유출부를 통과하는 교반기 샤프트의 단부가 적어도 부분적으로 편평화된 베어링 저널(bearing journal) 형태의 윤곽을 가지는 경우가 특히 유리하다. 따라서, 반응 혼합물은 필연적으로 베어링 틈을 포함한 전체 스텝 베어링을 통해 유동한다.It is particularly advantageous if the end of the stirrer shaft passing through the bottom outlet has an outline in the form of a bearing journal, at least partly flattened. Therefore, the reaction mixture inevitably flows through the entire step bearing including the bearing gap.

교반기 샤프트가 스텝 베어링을 추가로 가지기 때문에, 샤프트의 직경을 사용 위치의 상부에 있는 베어링에만 고정된 교반기 샤프트의 경우에 요구되는 것보다 작은 치수로 만드는 것이 가능하다. 따라서, 스텝 베어링은, 예를 들어 반응기 내의 중합 침적물로 인한 불균형이 샤프트에 도입되는 경우, 샤프트의 인정될 수 없는 큰 편향을 피하기 위한 것이다.Since the stirrer shaft additionally has a step bearing, it is possible to make the diameter of the shaft smaller than that required in the case of an agitator shaft fixed only on the bearing at the top of the use position. Thus, step bearings are intended to avoid unacceptably large deflections of the shaft, for example when an imbalance due to polymerization deposits in the reactor is introduced into the shaft.

본 발명에 따른 교반형 탱크 반응기의 유리한 변형에서, 교반기 샤프트가 반응 공간으로 개방되고 적어도 부분적으로 가로방향으로 이들의 세로축으로 연장하는 하나 이상의 유출물 채널을 가지는 것으로 생각된다. 적어도 그의 하단에서 공동 샤프트 형태인 교반기 샤프트에, 예를 들어 스텝 베어링 위에 가로방향 구멍이 용이하게 제공될 수 있다.In an advantageous modification of the stirred tank reactor according to the invention, it is contemplated that the stirrer shaft has one or more outlet channels that open into the reaction space and extend at least partially in their longitudinal axis in the transverse direction. A transverse hole can be easily provided on the stirrer shaft, for example a step bearing, at least in the form of a common shaft at its lower end.

또한, 상기 언급한 목적은 상기 기재된 교반형 탱크 반응기를 사용하여 불포화 단량체로부터 중합 반응을 수행하는 방법에 의해 달성되며, 상기 방법은 특히 출발 물질의 공급 및 생성물의 방출이 반응기의 안밖으로 연속적으로 실시된다는 점에서 구별된다.The above-mentioned object is also achieved by a method for carrying out a polymerization reaction from an unsaturated monomer using the above-described stirred tank reactor, wherein the supply of the starting material and the release of the product are carried out continuously in the reactor .

중합은 바람직하게는 초대기압하에서 수행된다.The polymerization is preferably carried out under superatmospheric pressure.

확립된 초대기압은, 예를 들어, 대기압에 비해 5 bar보다 높은 초대기압일 수 있다.The established super-atmospheric pressure may be, for example, a super-atmospheric pressure greater than 5 bar relative to atmospheric pressure.

반응기는 유체역학적 충전으로 편리하게 운전되고, 즉, 완전히 충전된 반응기로부터의 생성물의 방출은 오로지 도입된 출발 물질의 압력에 의해서만 실시된다.The reactor is conveniently operated with a hydrodynamic charge, i.e. the release of the product from the fully charged reactor is carried out solely by the pressure of the introduced starting material.

출발 물질을 상단 샤프트 밀봉재 바로 아래에서 계량 첨가하는 것에 더하여, 추가 출발 물질 스트림이 공급 첨가되는 경우가 유리하다. 추가 출발 물질 스트림이 하나 이상의 계량 첨가 랜스(lance)에 의해 반응기의 중앙 영역에 도입되는 경우가 특히 유리하다. 이는 예를 들어 개시제 농도가 특히 낮은 열악한 혼합 영역을 확실히 피한다. 따라서, 반응기 내의 출발 물질의 균일한 분포는 계량 첨가 랜스에 의해 달성될 수 있다. 이는 특히 중합을 위한 신속히 분해되는 개시제에 있어 중요하다. 이러한 경우, 신속히 분해된다는 것은 개시제의 반감기가 교반기의 혼합 시간 범위 내인 것을 의미한다. 이는 약 1 내지 200초를 의미한다. 개시제 중 일부를 도입하는 경우, 반응기 내의 개시제 농도에 관한 분리(segregation)가 최소화된다.In addition to metering addition of the starting material directly below the upper shaft seal, it is advantageous if an additional starting material stream is fed additionally. It is particularly advantageous if the additional starting material stream is introduced into the central region of the reactor by means of one or more metered addition lances. This avoids, for example, poor mixing areas, especially where the initiator concentration is particularly low. Thus, a uniform distribution of the starting materials in the reactor can be achieved by metered addition lances. This is particularly important for initiators that are rapidly degraded for polymerization. In this case, the rapid decomposition means that the half life of the initiator is within the mixing time range of the stirrer. This means about 1 to 200 seconds. When introducing some of the initiator, the segregation with respect to the initiator concentration in the reactor is minimized.

본 발명에 따른 반응기의 유체역학적 운전으로 인해, 특히 반응 혼합물을 운송하기 위한 복잡한 내부구조가 필요없고, 이러한 내부구조는 계량 첨가 랜스의 사용을 방해할 것이다.Due to the hydrodynamic operation of the reactor according to the invention, there is in particular no need for a complicated internal structure for transporting the reaction mixture, and this internal structure will interfere with the use of the metered addition lance.

출발 물질의 계량 첨가를 서로 공간적으로 분리된 반응기의 2 이상의 지점에서 실시하는 경우가 특히 적절하다. 다수의 계량 첨가 지점에 걸쳐 계량 첨가된 스트림을 분포시킴으로써, 반응 부피의 보다 양호한 활용이 가능하다.It is particularly appropriate if the metering addition of the starting material is carried out at two or more points of the reactor spatially separated from each other. By distributing the metered addition over a number of metering addition points, better utilization of the reaction volume is possible.

중합을 위한 연속 운전식 교반형 탱크 반응에서, 동일한 부품에서 전체 반응기 부피를 반응 공간으로서 균일하게 활용하는 것은 일반적으로 가능하지 않다. 반응기 계량 첨가물과 반응기 내용물 사이의 점도 차이가 클수록, 분리되려는 경향이 크다. 대개, 열악한 혼합 구역은 반응기 내의 여러 지점에서, 반응기 벽 부근에서 또는 반응 혼합물 내에서 발생한다. 추가 계량 첨가 지점에 의해, 효과적으로 이용가능한 반응 부피가 증가하고 혼합 경로는 짧게 유지된다. 상기 효과는 특히 반응의 시간 상수가 교반기의 혼합 시간과 한 자릿수 정도 차이가 나는 경우 증명된다. 이러한 경우, 반응물은 반응하기 전에 반응 공간에 걸쳐 보다 양호하게 분포된 것이다.It is generally not possible to uniformly utilize the entire reactor volume as a reaction space in the same part in a continuous operation stirred tank reaction for polymerization. The greater the difference in viscosity between the reactor metered addition and the reactor contents, the greater the tendency to separate. Usually, poor mixing zones occur at various points within the reactor, near the reactor wall, or within the reaction mixture. By virtue of the additional metering addition point, the available reaction volume is increased effectively and the mixing path is kept short. This effect is evidenced especially when the time constant of the reaction is about one order of magnitude different from the mixing time of the stirrer. In this case, the reactants are better distributed throughout the reaction space before the reaction.

출발 물질 중 일부는 반응 공간에 진입하기 전에도 함께 혼합될 수 있다. 예를 들어, 공정에 공급되는 개시제는 반응기 전에 반응기의 단량체 계량 첨가 파이프로 희석 용액으로서 또는 순수한 형태로 도입될 수 있다. 반응기의 경로 도중에, 개시제는 단량체 파이프에서 혼합된다. 개시제의 계량 첨가 지점은 적절하게는 균일한 개시제/단량체 혼합물이 형성될 수 있도록 하는 반응기로부터 떨어진 거리이다.Some of the starting materials may be mixed together before entering the reaction space. For example, the initiator fed to the process may be introduced as a dilute solution or in pure form into the monomer metering addition pipe of the reactor prior to the reactor. During the course of the reactor, the initiator is mixed in the monomer pipe. The metering addition point of the initiator is suitably a distance away from the reactor such that a homogeneous initiator / monomer mixture can be formed.

개시제의 혼합 첨가를 개선하기 위하여, 정적 혼합기를 단량체 계량 첨가 파이프에 설치할 수 있다.To improve the mixed addition of the initiator, a static mixer may be installed in the monomer metering addition pipe.

상기 절차의 이점은 반응기 내의 출발 물질의 농도 구배가 가능한 한 작다는 것이다.The advantage of this procedure is that the concentration gradient of the starting material in the reactor is as small as possible.

바람직하게는, 반응기의 재킷 온도는 반응 용액 중 중합체의 유리 전이 온도보다 10℃ 이상 높도록 조정한다. 이는 저온 반응기 벽 상에 중합체 침적물을 형성하려는 경향을 감소시킨다.Preferably, the jacket temperature of the reactor is adjusted to be at least 10 DEG C higher than the glass transition temperature of the polymer in the reaction solution. This reduces the tendency to form polymer deposits on the low temperature reactor walls.

<도면의 간단한 설명>BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS [

본 발명에 따른 교반형 탱크 반응기의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 하기 설명하였다.Embodiments of an agitated tank reactor according to the present invention are described below with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 교반형 탱크 반응기의 개략도를 나타낸다.1 shows a schematic view of an agitated tank reactor according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 교반형 탱크 반응기의 스텝 베어링을 통한 단면을 나타낸다.2 shows a cross-section through a step bearing of an agitating tank reactor according to the present invention.

도 1에 도시된 교반형 탱크 반응기 (1)은 바람직하게는 반응 공간 (3)을 둘러싸는 2 부분의 반응기 재킷 (2)를 포함한다. 혼합 및 전단 요소 (5)에 비회전적으로 연결된 교반기 샤프트 (4)는 반응 공간 (3)을 통과한다. 혼합 및 전단 요소 (5)는 막대형, 나선형 또는 패들형(paddle)으로 그 자체로 공지된 방식으로 형성될 수 있다.The stirred tank reactor 1 shown in FIG. 1 preferably comprises a two-part reactor jacket 2 surrounding the reaction space 3. The stirrer shaft 4, which is non-rotatably connected to the mixing and shearing element 5, passes through the reaction space 3. The mixing and shearing element 5 may be formed in a manner known per se as a rod, spiral or paddle.

교반기 샤프트 (4)는 직접적으로 또는 간접적으로 구동될 수 있고, 기재된 실시예에서, 교반기 샤프트는 중간 기어 (7)이 있는 모터 (6)에 의해 직접적으로 구동된다. 기어 (7) 아래에, 교반기 샤프트 (4)가 축방향 면 밀봉재 (8)에 의해 반응 공간 (3)으로부터 밀봉된다. 기재된 실시예에서, 반응기 재킷 (2)는 각 경우에 이중벽이고 올-라운드 플랜지(all-round flange) (10)의 측면에 함께 배치된 2개의 쉘(shell) (9a 및 9b)로 구성되어 밀봉을 제공한다.The stirrer shaft 4 can be driven directly or indirectly, and in the described embodiment the stirrer shaft is driven directly by the motor 6 with the intermediate gear 7. Below the gear 7, the stirrer shaft 4 is sealed from the reaction space 3 by means of the axial face seal 8. In the described embodiment, the reactor jacket 2 is double walled in each case and consists of two shells 9a and 9b which are arranged together on the side of the all-round flange 10, .

교반형 탱크 반응기 (1)의 운전 동안, 열 교환 매질은 반응기 재킷 (9a, b)를 통해 유동하고, 상기 반응기 재킷을 통해 반응 공간 (3)의 열 교환 매질의 자동 온도 조절이 달성된다. 이는 가열 또는 냉각 매질, 예를 들어, 자동 온도 조절된 유체, 예컨대 스팀, 물, 열 전달 오일 또는 또 다른 열 전달 매질일 수 있다.During the operation of the stirred tank reactor 1, the heat exchange medium flows through the reactor jackets 9a, b and the thermostatic conditioning of the heat exchange medium in the reaction space 3 through the reactor jacket is achieved. It may be a heating or cooling medium, for example a thermostatted fluid such as steam, water, heat transfer oil or another heat transfer medium.

교반기 샤프트 (4)는 스텝 베어링 (11) 내의 모터 (6)으로부터 원위에 있는 그의 단부에 고정되며, 스텝 베어링 (11)은 동시에 교반형 탱크 반응기 (1)의 중앙 하부 유출부를 형성한다. 스텝 베어링 (11) 및 스텝 베어링 (11) 영역 내의 교반기 샤프트 (4)의 형성은 도 2에 도시되어 있다.The stirrer shaft 4 is fixed at its end on the circle from the motor 6 in the step bearing 11 and the step bearing 11 simultaneously forms the lower central outflow of the stirred tank reactor 1. The formation of the stirrer shaft 4 in the area of the step bearing 11 and the step bearing 11 is shown in Fig.

우선 하기 도 2를 참고하길 바란다.Please refer to Fig. 2 for the sake of brevity.

교반기 샤프트 (4)의 베어링 저널 형성 단부는 반응기 재킷 (2) 내의 개구부 (12)를 통과하며, 개구부는 교반형 탱크 반응기 (1)의 중앙 하부 유출부를 형성한다. 하기 기재하는 바와 같이, 개구부 (12)는 동시에 중합체 방출부로서 기능한다. 통상적인 치수 공차를 가지는 베어링 틈 (16)을 형성하도록 출구 틈 (13) 아래 교반기 샤프트 (4)를 수용하는 슬라이딩 부시(sliding bush) (14)가 제공된다. 따라서, 중앙 생성물 유출부의 개구부 및 슬라이드 부시 (14)의 직경은 동일하거나 상이할 수 있다.The bearing journal forming end of the stirrer shaft 4 passes through the opening 12 in the reactor jacket 2 and the opening forms the lower central outlet of the stirred tank reactor 1. As described below, the openings 12 simultaneously function as a polymer releasing portion. There is provided a sliding bush 14 for receiving the stirrer shaft 4 below the exit gap 13 to form bearing clearance 16 with a typical dimensional tolerance. Thus, the openings of the central product outlet and the diameters of the slide bushes 14 may be the same or different.

방출부 측에 있는 슬라이딩 부시 (14)의 단부 (15)는 액체 유출부의 형태이고 생성물 방출파이프 (도시되지 않음)와 연결되어 있다.The end 15 of the sliding bush 14 on the discharge side is in the form of a liquid outlet and is connected to a product discharge pipe (not shown).

슬라이딩 부시 (14) 내에 부분적으로 고정된 교반기 샤프트 (4)의 단부는 직경이 일정할 수 있거나 직경이 슬라이딩 부시 (14) 내에서 변동될 수 있다. 축 방향으로의 슬라이딩 부시 (14)의 직경 변화도 또한 생각할 수 있다. 교반기 샤프트 (4)의 단부는 슬라이딩 부시 내에서 베어링 저널로서 형성되고, 이때 교반기 샤프트의 주변으로 하나 이상의 수세식 영역을 제공하는 것이 추가로 가능하다.The end of the stirrer shaft 4 partially secured in the sliding bush 14 may be constant in diameter or may vary in diameter within the sliding bush 14. The diameter change of the sliding bush 14 in the axial direction is also conceivable. The end of the stirrer shaft 4 is formed as a bearing journal in the sliding bushing, wherein it is additionally possible to provide one or more flush areas around the stirrer shaft.

교반기 샤프트의 베어링 틈 (16)은, 슬라이딩 부시에서, 방출하고자 하는 반응 생성물에 의해 베어링 틈을 윤활하고 수세시키는 것을 가능케 한다.The bearing clearance 16 of the stirrer shaft allows the bearing bushes to be lubricated and flushed by the reaction products to be discharged in the sliding bushes.

스텝 베어링 (11)을 통과하는 영역에서, 교반기 샤프트 (4)에는 가로방향 구멍 (18)을 통해 반응 공간 (3)과 소통하는 축방향 구멍 (17)이 제공된다. 반응 혼합물은 샤프트 단부 내의 가로방향 구멍 (18) 및 축방향 구멍 (17)을 통해 공급되고 교반기 샤프트 (4)로부터의 단부에서 유출부 연결 단편에 연결된 파이프라인으로 직접 유동한다. 가로방향 구멍 (17) 또는 가로방향 구멍들은 스텝 베어링 (11) 바로 위에 또는 출구 틈 (13) 위에 존재한다.In the region passing through the step bearing 11, the stirrer shaft 4 is provided with an axial hole 17 communicating with the reaction space 3 through the transverse hole 18. The reaction mixture flows directly into the pipeline that is fed through the transverse holes 18 and the axial holes 17 in the shaft end and connected to the outlet connection piece at the end from the agitator shaft 4. [ The transverse direction holes 17 or the transverse directional holes exist just above the step bearing 11 or above the outlet gap 13. [

하기에 도 1을 다시 한번 참조하였다. 출발 물질은 2개의 계량 첨가 지점 (19a, 19b)를 통해 교반형 탱크 반응기 (1) 내의 반응 공간 (3)에 도입된다. 제1 계량 첨가 지점 (19a)는 축방향 면 밀봉재 (8) 바로 아래에 존재한다. 제2 계량 첨가 지점 (19b)는 반응 공간 (3) 내에서 중심부에 제1 계량 첨가 지점 (19a)의 하류에서 개방된다. 제2 계량 첨가 지점 (19b)에, 도시되지 않은 계량 첨가 랜스 형태가 제공될 수 있다.Referring back to FIG. The starting material is introduced into the reaction space (3) in the stirred tank reactor (1) through two metering addition points (19a, 19b). The first metering addition point 19a is present directly under the axial face sealant 8. [ The second metering addition point 19b is opened downstream of the first metering addition point 19a in the center of the reaction space 3. At the second metering addition point 19b, a metered addition lance form, not shown, may be provided.

단량체 및/또는 용매는 파이프 (20)을 통해 교반형 탱크 반응기 (1)에 공급된다. 사슬 길이 조절제는 제1 계량 첨가 펌프 (21)을 통해 단량체에 첨가되고, 중합을 개시하는 개시제는 하류에 배열된 제2 계량 첨가 펌프 (22)를 통해 계량 첨가된다. 개시제 계량 첨가의 하류로, 출발 물질 스트림이 분지된다. 반응 공간 (3)으로의 공급은 제3 및 제4 계량 첨가 펌프 (23 및 24)를 통해 실시한다.The monomers and / or solvent are fed to the stirred tank reactor 1 via a pipe 20. The chain length regulating agent is added to the monomer via the first metering addition pump 21 and the initiator for initiating the polymerization is metered through the second metering addition pump 22 arranged downstream. Downstream of the initiator metering addition, the starting material stream is branched. The supply to the reaction space 3 is performed through the third and fourth metering addition pumps 23 and 24.

계량 첨가 펌프 (23 및 24) 중 하나 또는 둘다를 생략하고 밸브 및/또는 상응하게 설계된 파이프 단면에 의해 반응기에 계량 첨가되는 스트림의 분포를 조정하는 것도 또한 생각할 수 있다. 그러나, 상기 변형의 단점은 파이프라인 또는 밸브 내의 소량의 침적물이 반응기 내의 부분 스트림의 목적하는 비율의 편차를 야기한다는 것이다. 유동 계량기를 통해 출발 물질 스트림 (19a 및/또는 19b)를 모니터링하고 제어 밸브를 통해 이를 조절하는 것도 추가로 가능하다.It is also conceivable to omit one or both of the metering addition pumps 23 and 24 and to adjust the distribution of the stream metered into the reactor by valves and / or correspondingly designed pipe sections. A disadvantage of this modification, however, is that a small amount of deposit in the pipeline or valve causes a deviation of the desired proportion of the partial stream in the reactor. It is additionally possible to monitor the starting material stream 19a and / or 19b through a flow meter and regulate it through a control valve.

참조 번호 목록
1 교반형 탱크 반응기
2 반응기 재킷
3 반응 공간
4 교반기 샤프트
5 혼합 및 전단 요소
6 모터
7 기어
8 축방향 면 밀봉재
9a, b 쉘
10 플랜지
11 스텝 베어링
12 개구부
13 출구 틈
14 슬라이딩 부시
15 슬라이딩 부시 단부
16 베어링 틈
17 축방향 구멍
18 가로방향 구멍
19a 제1 계량 첨가 지점
19b 제2 계량 첨가 지점
20 파이프
21 제1 계량 첨가 펌프
22 제2 계량 첨가 펌프
23 제3 계량 첨가 펌프
24 제4 계량 첨가 펌프
Reference number list
1 stirred tank reactor
2 reactor jacket
3 reaction space
4 Stirring shaft
5 Mixing and shearing elements
6 Motor
7 Gear
8-axis face sealant
9a, b shell
10 Flange
11 step bearing
12 opening
13 outlet gap
14 sliding bush
15 sliding bushing end
16 Bearing gap
17 axial hole
18 Horizontal hole
19a 1st metering addition point
19b Second metering addition point
20 pipe
21 1st metering pump
22 2nd metering pump
23 Third metering pump
24 Fourth Weighing Pump

Claims (19)

반응기 재킷(jacket) (2), 하나 이상의 구동 교반기 샤프트 (4) 및 상기 교반기 샤프트 (4)에 비회전적으로 연결된 교반 요소 또는 전단 요소 또는 둘 다를 포함하며, 상부에 있는 하나 이상의 출발 물질 공급부 및 하부에 있는 하나 이상의 생성물 방출부를 포함하고, 상기 생성물 방출부가 교반기 샤프트 (4)가 적어도 부분적으로 통과하는 중앙 하부 유출부의 형태이며, 교반형 탱크 반응기 (1)가, 베어링 틈 (16)을 형성하도록, 교반기 샤프트 (4)를 수용하는 슬라이딩 부시 (sliding bush) (14)를 포함하고, 베어링 틈에서 교반기 샤프트 (4)가 반응 생성물에 의해 윤활 및 수세 (flush)되는 것을 특징으로 하는 교반형 탱크 반응기 (1).(1) comprising a reactor jacket (2), at least one drive stirrer shaft (4) and at least one stirrer element or shear element that is nonreflectively connected to the stirrer shaft (4) And the product discharge portion is in the form of a lower central outlet through which the stirrer shaft (4) at least partly passes and wherein the stirring tank reactor (1) Characterized in that it comprises a sliding bush (14) for receiving a shaft (4) and the stirrer shaft (4) in the bearing gap is lubricated and flushed by the reaction product ). 제1항에 있어서, 반응 공간 (3)으로의 하나 이상의 출발 물질 공급물이 상부에 있는 교반기 샤프트 입구 영역에 직접 제공되는 것을 특징으로 하는 교반형 탱크 반응기.2. An agitated tank reactor according to claim 1, characterized in that at least one starting material feed to the reaction space (3) is provided directly to the stirrer shaft inlet region at the top. 제1항 또는 제2항에 있어서, 교반기 샤프트 (4)가 그의 단부에서 하부에 있는 하부 유출부의 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는 교반형 탱크 반응기.3. An agitated tank reactor as claimed in claim 1 or 2, characterized in that the stirrer shaft (4) forms part of the lower outlet at its lower end. 제1항 또는 제2항에 있어서, 교반기 샤프트 (4)가, 하부 유출부를 통과하는 적어도 그의 단부에서, 반응 공간 (3)과 소통하는 공동(hollow) 샤프트로서 형성되는 것을 특징으로 하는 교반형 탱크 반응기.3. An agitator according to claim 1 or 2, characterized in that the stirrer shaft (4) is formed as a hollow shaft in communication with the reaction space (3) at least at its end through the lower outlet Reactor. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하부 유출부가 교반기 샤프트 (4)용 스텝 베어링(step bearing) (11)의 형태인 것을 특징으로 하는 교반형 탱크 반응기.3. An agitated tank reactor as claimed in claim 1 or 2, characterized in that the lower outlet is in the form of a step bearing (11) for the stirrer shaft (4). 제5항에 있어서, 스텝 베어링 (11)의 베어링 틈을 이를 통해 반응 혼합물이 유동할 수 있도록 하는 치수로 만드는 것을 특징으로 하는 교반형 탱크 반응기.6. An agitated tank reactor as claimed in claim 5, wherein the bearing clearance of the step bearing (11) is dimensioned to allow the reaction mixture to flow therethrough. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하부 유출부를 통과하는 교반기 샤프트 (4)의 단부가 적어도 부분적으로 편평화된 베어링 저널(bearing journal) 형태의 윤곽을 가지는 것을 특징으로 하는 교반형 탱크 반응기.3. An agitated tank reactor as claimed in claim 1 or 2, characterized in that the end of the stirrer shaft (4) passing through the lower outlet has an outline in the form of a bearing journal, at least partially flattened. 제1항 또는 제2항에 있어서, 교반기 샤프트 (4)가 반응 공간으로 개방되어 있고 적어도 부분적으로 가로방향으로 그의 세로축으로 연장하는 하나 이상의 유출물 채널을 가지는 것을 특징으로 하는 교반형 탱크 반응기.3. An agitated tank reactor according to claim 1 or 2, characterized in that the stirrer shaft (4) has at least one effluent channel open to the reaction space and extending at least partially in its longitudinal axis in the transverse direction. 출발 물질의 공급 및 생성물의 방출을 반응기의 안밖으로 실시하는 것을 특징으로 하는, 제1항 또는 제2항에 따른 교반형 탱크 반응기를 사용하여 불포화 단량체로부터 중합 반응을 수행하는 방법.A method of carrying out a polymerization reaction from an unsaturated monomer using an agitating tank reactor according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the feed of the starting material and the release of the product are carried out in the reactor. 제9항에 있어서, 중합을 초대기압하에 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 9, wherein the polymerization is conducted under an ultra-high pressure. 제10항에 있어서, 대기압에 비해 5 bar 이상 높은 초대기압이 확립되는 것을 특징으로 하는 방법.11. The method of claim 10, wherein an intrinsic atmospheric pressure greater than 5 bar relative to atmospheric pressure is established. 제10항에 있어서, 반응기를 기체상 없이 액체로 완전히 충전하여 운전시키는 것을 특징으로 하는 방법.11. The process according to claim 10, wherein the reactor is fully charged with a liquid without a gas phase and is operated. 제10항에 있어서, 출발 물질의 혼합물의 계량 첨가를 서로 공간적으로 분리된 반응기의 2 이상의 지점에서 실시하는 것을 특징으로 하는 방법.11. The process according to claim 10, wherein the metered addition of the mixture of starting materials is carried out at two or more points of the reactor spatially separated from each other. 제10항에 있어서, 하나 이상의 출발 물질을 하나 이상의 계량 첨가 랜스(lance)를 통해 반응기의 중앙 영역에 도입하는 것을 특징으로 하는 방법.11. The method of claim 10 wherein at least one starting material is introduced into the central region of the reactor through one or more metered addition lances. 제10항에 있어서, 반응기를 통한 유동이 출발 물질 및 생성물에 대해 중력 방향으로 일어나는 것을 특징으로 하는 방법.11. A process according to claim 10, characterized in that the flow through the reactor takes place in the direction of gravity with respect to the starting material and the product. 제10항에 있어서, 출발 물질 중 적어도 일부를 반응 공간에 진입하기 전에 함께 혼합하는 것을 특징으로 하는 방법.11. The method of claim 10, wherein at least some of the starting materials are mixed together prior to entering the reaction space. 제10항에 있어서, 반응기의 재킷 온도가 반응 용액의 중합체의 유리 전이 온도보다 5℃ 이상 높도록, 반응기의 재킷 온도를 조정하는 것을 특징으로 하는 방법.11. The method of claim 10, wherein the jacket temperature of the reactor is adjusted so that the jacket temperature of the reactor is at least 5 DEG C higher than the glass transition temperature of the polymer of the reaction solution. 제1항 또는 제2항에 있어서, 불포화 단량체로부터 중합체를 제조하기 위한 교반형 탱크 반응기. The stirred tank reactor as claimed in claim 1 or 2, for producing a polymer from an unsaturated monomer. 제1항 또는 제2항에 있어서, 반응기 재킷 (2)이 자동 온도 조절 가능한 것인 교반형 탱크 반응기.3. A stirred tank reactor as claimed in claim 1 or 2, wherein the reactor jacket (2) is thermostable.
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